USB音頻設備類(lèi)的自遁應軟件鎖相環(huán)設計

3 同步問(wèn)題
由于USB總線(xiàn)拓撲結構的特殊性，所有數據傳輸都由主機(PC)發(fā)起，在設備插上USB接口并完成初始化、列舉等步驟以后，主機會(huì )按照設備列舉的要求進(jìn)行流量分配。USB全速模式總線(xiàn)以1 ms為1幀。由于采用Isoch-ronous transfers模式，為測試方便，音頻格式采用8 k／s采樣率，8位量化。因此單聲道每幀數據量為：

MCF52223通過(guò)USB D驅動(dòng)在接收并解出USB數據包里的音頻數據后，存入內部開(kāi)辟的緩存中。ML2308每個(gè)聲道具有64字節緩存，當緩存滿(mǎn)、緩存一半和緩存為空時(shí)會(huì )分別發(fā)送中斷信號Full、Mid、Empty給MCF52223，而MCF52223可以根據不同的中斷信號對ML2308進(jìn)行寫(xiě)入新數據工作。
因此，在設備的寫(xiě)入端數據按照PC上的USB的時(shí)鐘進(jìn)行傳輸，而在設備輸出端數據按照ML2308的時(shí)鐘進(jìn)行操作。ML2308時(shí)鐘來(lái)自板載晶振，這兩個(gè)時(shí)鐘不可避免存在一定誤差，而且根據測試，不同PC的USB總線(xiàn)時(shí)鐘也有微小差別。這些差異會(huì )造成設備內部緩存的音頻數據不斷被消耗殆盡，或者不斷增加而最終溢出。因此，需要一個(gè)易于實(shí)現且對資源消耗量較小的方法來(lái)同步輸入與輸出信號。由于這種差異是不確定的，該算法需要一定的自適應能力。

4 自適應軟件鎖相環(huán)設計
之前采用簡(jiǎn)單的緩存門(mén)限控制方法判斷是否需要插值，即當緩存高于某門(mén)限時(shí)，丟棄一個(gè)PCM樣點(diǎn)。而當低于某一門(mén)限時(shí)，插入一個(gè)PCM樣點(diǎn)，由于時(shí)鐘速度差異的長(cháng)期固有性，在插入／丟棄一個(gè)PCM樣點(diǎn)后，緩存數量仍然可能繼續減少或增加，從而造成程序無(wú)規律的爆發(fā)式的插入或丟棄數據操作，產(chǎn)生不可接受的噪音。
因而在算法設計時(shí)，重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)。
操作的穩定性：不能有對數據突發(fā)性的操作。
操作的分散性：要盡量平均的控制信號，把插入／丟棄產(chǎn)生的失真平均化。
資源消耗量?。阂m應嵌入式系統成本低廉、片上存儲、運算資源不是很富裕的客觀(guān)條件。
音頻的實(shí)時(shí)性：聲音對實(shí)時(shí)性要求較高，不能出現停頓、明顯延遲等情況。
因此，采用一種插入／丟棄樣本間隔平均化的自適應模糊控制算法進(jìn)行設計。
針對兩次插值／丟棄操作之間的樣點(diǎn)數進(jìn)行控制，而非對樣點(diǎn)本身，在每次插值／丟棄操作后進(jìn)行速率匹配判斷，修改插值／丟棄間隔。由于通常這種時(shí)鐘差異在千分之一量級，插入／丟棄操作間隔也在千樣點(diǎn)量級，大大減少了頻繁的判斷操作。算法結構如圖3所示。

5 算法實(shí)現
由于每臺電腦以及每塊開(kāi)發(fā)板的時(shí)鐘都有誤差，所以每次連接設備都需要檢查兩者時(shí)鐘速率關(guān)系，實(shí)現該功能的關(guān)鍵代碼如下：